柱塞式高压喷油泵设计【3张图纸】【优秀】【2013年最新整理毕业论文】

毕 业 设 计 题 目： 柴油机柱塞式高压喷油泵结构设计 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 一、设计题目 （ 学生空出，由指导教师填写） 柴油机柱塞式高压喷油泵设计 二、设计参数 柴油机 相应参数 柴油机 相应参数 型号 型式 燃烧室型式 压缩比 标定转速 油压（定压） 1100 单缸、水冷、卧式、四冲程 涡流室式 直喷 19 2200 喷油压力 15MPa 12 小时标定功率 标定工况燃油 消耗率 最大扭矩 最大扭矩转速 最低空车稳定转速 11 261.3 53.5 1760 800 三、设计要求 （ 1）总装图 1 张 （ 2）零件图 2 张 （ 3）课程设计说明书（ 5000 8000 字 ） 1 份 四、进度安排（参考） （ 1）熟悉相关资料和参考图 2 天 （ 2）确定基本参数和主要结构尺寸 2 天 （ 3）设计计算 3 天 （ 4）绘制总装配草图 4 天 （ 5）绘制总装配图 2 天 （ 6）绘制零件图 2 天 （ 7）编写说明书 3 天 （ 8）准备 及答辩 3 天 五、指导教师评语 成 绩： 指导教师 日 期 I 摘要 喷油泵是柴油供给系中最重要的部件，它的性能和质量对柴油机影响极大，被称为柴油机的 心脏 。 在柴油机工作过程中，为了保证喷油能够够持续及时的供应适量的燃油，以满足柴油机正常工作的要求 ,通过多方面考虑， 在此设计柱塞式高压喷油泵。 本文根据某柴油机的性能参数来 进行喷油泵的结构设计，主要设计内容有 :根据实际情况对喷油泵形式进行选择，可以选出本次设计喷油柱塞直径及压缩行程；根据供油需求，选择合适的出油阀，拟定出油阀弹簧安装高度及中径，配以合适的油阀开启弹簧；而又要保证柱塞克服惯性力，摩擦力及负压的影响，给柱塞配以合适回正弹簧，拟定拟定回正弹簧的安装高度及中径，并进行稳定性及强度校核；在回正弹簧确定之后，就可大致得出柱塞的长度，通过画装配图，再详细设计出柱塞的实际长度；在喷油泵设计中，还应根据上面的计算选择符合标准的的类型以及相应尺寸。 最后根据各个零件的尺寸进行喷油 泵的总体设计，并对各零件的配合、公差以及安装将间隙进行考虑。 关键词：喷油泵 柱塞式 结构设计 II Abstract The injection pump is the diesel oil supplies is the most important part, its performance and the quality are enormous to the diesel engine influence, is called the diesel engine the heart . In diesel engine work process, to guarantee that the blow can suffice to continue the prompt supply right amount fuel oil, satisfies the diesel engine normal work the request, through various considerations, in this design plunger type high pressure injection pump. this article according to some diesel engine the performance parameter to carry on injection pumps structural design, mainly designs the content to include: Carries on the choice according to the actual situation to the injection pump form, may select this design blow plunger diameter and the compression stroke； According to the feed demand, chooses the appropriate delivery valve, draws up the delivery valve spring mounting height and the pitch diameter, matches by the appropriate oil valve opening spring； And must guarantee that the plunger overcomes the force of inertia, the friction force and the negative pressure influence, matches to the plunger by returns to the spring appropriately, draws up the springs mounting height and the pitch diameter, and carries on the stability and the intensity examination； After returning to the spring determination, may obtain plungers length approximately, through picture assembly drawing, again detailed design plungers virtual length； In injection pump design, but should also act according to the above computation choice meet standards type as well as corresponding size. acts according to each components the size to carry on injection pumps system design finally, and to various components coordination, the common difference as well as the installment carries on the gap the consideration. key word: Injection pump plunger type structural design 目录 1 柴油机柱塞式喷油泵概述 . 1 1.1 我国柴油机柱塞式喷油泵发展状况 . 1 1.2 功用、要求、型式 . 2 2 柱塞泵的泵油原理及工作过程 . 3 2.1 柱塞泵的泵油机构介绍 . 3 2.2 泵油原理 . 4 3 总体参数的确定 . 5 3.1 喷油泵类型的确定 . 5 3.2 喷油泵的初始参数 . 6 3.3 喷油泵机型参数 . 6 3.4 喷油泵流量 . 6 3.5 喷油泵流量图 . 7 4 出油阀弹簧参数的确定 . 8 4.1、选择材料和许用应力 . 8 4.2 求 弹簧钢丝直径 d . 8 4.3 求有效因素 . 8 4.4 计算总圈数 . 8 4.5 强度验算 . 9 4.6 共振验算 . 10 4.7 弹簧工作图 . 10 4.8 出油阀弹簧参数 . 10 5 柱塞弹簧参数的确定 . 11 5.1 选择材料和许用应力 . 11 5.2 求钢丝直径 . 11 5.3 求有效因素 . 11 5.4 柱塞弹簧参数 . 11 6 轴承相关参数的确定 . 12 6.1 轴承销轴参数确定 . 12 6.1.1 轴承销轴受力分析 . 12 6.1.2 销轴校核 . 12 6.2 柱塞轴承参数确定 . 12 6.2.1 轴承受力分析 . 12 6.2.2 符合条件的轴承型号列表 . 12 6.2.3 轴承参数 . 13 7 结论 . 14 8 参考文献 . 15 设计 (说明书 ) 1 1 柴油机柱塞式喷油泵概述 喷油泵是柴油供给系中最重要的部件，它的性能和质量对柴油机影响极大，被称为柴油机的 心脏 。 1.1 我国柴油机柱塞式喷油泵发展状况 到目前为止我国柴油栅 l生能还不能稳定达到欧 I排放法规的要求，原因主要有两点：其一，柴油机本身的技术含量低 0JnT设备落后、设计水平低 )；其 二，主要的配套部件 燃油系统的技术水平低因此，为了提高我国柴油机行业的整体水平，目前，一方面必须对柴油机本身进行改造，加大设备更新换代的力度；同时要对燃油喷射系统进行改进设计 。 为了改善柴油机的性能，柴油喷射系统也在不断的改进和优化，到目前为止，各国已研制并生产出许多功能各异的柴油喷射系统其主要有直列柱塞式喷油泵系统、分配式喷油泵系统、泵喷嘴系统和电控共轨系统等。 直列柱塞式喷油泵被广泛应用在商务车、特种车辆和固定式柴油发动机上；分配式喷油泵用于轿车、拖拉机、轻型及中型载货车的 3-6缸柴油机上 I ；泵喷嘴系统因体积较大，在小型柴油机上较难使用；电控共轨系统被认为是最有发展前途的喷射系统，我国目前的电控水平和国外还有较大的差距，还主要集中在对柴油机电控喷射系统的研究与开发上，远没有达到产品化和产业化的水平 L5在轻型柴油车领域，当前使用的进口 VE型分配泵、国产直列式 BQ2000型喷油泵、 PL型喷油泵，虽然能满足欧 I排放法规要求，但是由于其本身结构的限制，喷射压力 (许用泵端压力 )不能达到公认的欧排放要求目前能够满足轻型车用柴油机欧排放的喷油泵在国外主要有如下几种类型： 1)电控分配式喷油泵； 2)泵喷嘴系统； 3)高压共轨系统等，它们的价格都非常贵，不适合我国国情为此，针对我国的具体情况，开发出满足欧排放规定、许用泵端压力 IOOMPa以上的机械式直列喷油泵很有意义：进一步提高现有车用柴油机的性能，开发新型直列式燃油系统来替代进口燃油系统 (主要指分配式喷油泵 )可以大幅降低车用柴油机成本，填补国内该档次燃油系统空白直列柱塞式喷油泵发展和应用的历史较长，具有性能良好、工作可靠的优点， ：柴油机柱塞式高压喷油泵设计 2 国产系列柱塞泵主要有 A、 B、 P、 Z 和 、 、 号等系列。系列化是根据柴油机单缸功率范围对供油量的要求不同，以柱塞行程， 泵缸中心距和结构型式为基础，再分别配以不同尺寸的柱塞直径，组成若干种在一个工作循环内供油量不等的喷油泵，以满足各种柴油机的需要。国产系列喷油泵的工作原理和结构型式基本相同，以 A型泵为例介绍柱塞式喷油泵的构造和工作原理。 柱塞泵由四大部分组成：分泵、油量调节机构、传动机构和泵体。分泵是带有一幅柱塞偶件的泵油机构，分泵的数目与发动机的缸数相等。每个气缸都有一个分泵，各缸的分泵结构尺寸完全一样。分泵的主要另件有柱塞偶件，柱塞弹簧，弹簧下座出油阀偶件，出油阀弹簧，减容器，出油阀压紧座等。油量调节机构是根据柴油机负荷 和转速的变化相应改变喷油泵的供油量。改变供油量的办法是转动柱塞，通过改变供油行程来完成的。 1.2 功用、要求、型式 功用：提高柴油压力，按照发动机的工作顺序，负荷大小，定时定量地向喷油器输送高压柴油，且各缸供油压力均等。 要求： （ 1）泵油压力要保证喷 射压力和雾化质量的要求。 （ 2）供油量应符合柴油机工作所需的精确数量。 （ 3）保证按柴油机的工作顺序，在规定的时间内准确供油。 （ 4）供油量和供油时间可调正，并保证各缸供油均匀。 （ 5）供油规律应保证柴油燃烧完全。 （ 6）供油开始和结束，动作敏捷，断油干脆，避免滴油。 类型 ： 车用柴油机的喷油泵按其工作原理不同可分为柱塞式喷油泵、喷油泵 - 喷油器和转子分配式喷油泵三类。 设计 (说明书 ) 3 2 柱塞泵的泵油原理及工作过程 2.1 柱塞泵的泵油机构 介绍 包括两套精密偶件： 图 1-1 柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐 磨性，其径向间隙为 0.002 0.003mm 。 柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上 体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。 柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。 出油阀和出油阀座也是一对精密偶件，配对研磨后不能互换，其配合间隙为 0.01 。 出油阀是一个单向阀，在弹簧压力作用下，阀上部圆锥面与阀座严密配合，其作用是在停供时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油倒流入喷油泵内。 出油阀的下部呈十字断面，既能导向，又能通过柴油。 出油阀的锥面下有一个小的圆柱面，称为减压环带，其作用是在供油终了时，使高压油管内的油压迅速下降，避免喷孔处产生滴 油现象。当环带落入阀座内时则使上方容积很快增大，压力迅速减小，停喷迅速。 ：柴油机柱塞式高压喷油泵设计 4 2.2 泵油原理 工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为以下三个阶段。 进油过程 ：当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间（称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打开后，充满在油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。 供油过程： 当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起滚轮体时，柱塞弹簧被压缩 ，柱塞向上运动，燃油受压，一部分燃油经油孔流回喷油泵上体油腔。当柱塞顶面遮住套筒上进油孔的上缘时，由于柱塞和套筒的配合间隙很小 （ 0.0015-0.0025mm） 使柱塞顶部的泵油室成为一个密封油腔，柱塞继续上升，泵油室内的油压迅速升高，泵油压力 出油阀弹簧力 +高压油管剩余压力时，推开出油阀，高压柴油经出油阀进入高压油管，通过喷油器喷入燃烧室。 回油过程： 柱塞向上供油，当上行到柱塞上的斜槽（停供边）与套筒上的回油孔相通时，泵油室低压油路便与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，油压骤然下降，出油阀在弹簧力的作用下迅 速关闭，停止供油。此后柱塞还要上行，当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧的作用下，柱塞又下行。此时便开始了下一个循环。 设计 (说明书 ) 5 3 总体参数的确定 3.1 喷油泵类型的确定 选择喷油泵是根据将要配置的柴油机的各方面来考虑的。 柴油机相关参数如下： 柴油机 型号： 1100 型式 ： 单缸、水冷、卧式、四冲程 燃烧室型式 ： 涡流室式 直喷 压缩比： 19 标定转速： 2200 12 小时标定功率： 11 标定工况燃油消耗率： 261.3 最大扭矩： 53.5 最大扭矩转速： 1760 最低空车稳定转速 ： 800 油压（定压）：喷油压力 15MPa。 目前我国的车用柴油机柱塞泵系列： 系列代号 主要参数 A B P Z 凸轮升程 (mm) 分泵中心距 (mm) 柱塞直径（ mm） 最大供油量 (mm3/循环 ) 分泵数 最大使用转速（ r/min） 8 32 (6) 7 8 8.5 9 60-150 2-12 1400 10 40 (8) 9 10 130-225 2-12 1000 10 35 8 9 10 11 12 13 130-475 4-12 1500 12 45 10 11 12 13 300-600 2-8 900 上述几种类型喷油泵，在已经大量投入使用，并有较好使用效果。我们知道柴油机转速与喷油泵的转速之比为 2： 1 关系，现在可知柴油机转速 2200r/min,那喷油泵的凸轮轴转速相应该 1100r/min。据此，可以选择选择 A 型或 P 型泵与设计任务相近，把它作为母型。 有了母型喷油泵，在选择新设计喷油泵的主要参数和结构型式乃至总体布置等方面，都可有所借鉴和比较。又知道 标定工况燃油消耗率： bi261.3g/kw.h,可以计算出每循环所消耗的燃油量 bi =110081.060 113.261 rkwmm 113=0.05 rkwmm 113 可知燃烧每循环好有量比较小，上述几种喷油泵都够用，鉴于题目要求设计高压喷油泵， A 星和 P 型比较，显然 P 型提供压力较高。所以选择 P 型喷油泵。 ：柴油机柱塞式高压喷油泵设计 6 3.2 喷油泵的初始参数 喷油泵的主要参数，有的是设计任务书提出的要求，有的可参照型喷油泵来选择。 主要参数包括： 标定工况燃油消耗率： 261.3 油压（定压）：喷油压力 15MPa 转速 1100r/min 等。 初步拟定：机体采用球 磨铸铁，柱塞采用 45 钢，弹簧 40CrVA等等。各自尺寸以校核选择为准。 3.3 喷油泵机型参数 凸轮转速 n=1100 r/min 柱塞直径 d=10 mm 凸轮升程 e=10 mm 最大循环供油量 150mm3/循环 油压（定压）：喷油压力 15MPa 3.4 喷油泵流量 单柱塞泵排量 ededqB 22 224 3-1 柱塞位移 )c o s1(c o s eeex 3-2 柱塞瞬时速度 s inedtdddxdtdxxv 3-3 柱塞泵瞬时流量 s in4 2 edQ B 3-4 喷油器开启压力 MPa5.015 此时喷油泵柱塞想相应的油压为 NmmM P a 5.11775.7815 2 喷油泵出油阀开启压力 0.02MPa 此时喷油泵柱塞想相应的油压为 NmmM P a 57.15.7802.0 2 设计 (说明书 ) 7 3.5 喷油泵流量图 图 3-1 柱塞泵瞬时流量：柴油机柱塞式高压喷油泵设计 8 4 出油阀弹簧参数的确定 出油阀弹簧初始条件 弹簧中径 mmD 102 ，安装高度 mmH 30 ，进油压力 0.02MPa，压缩高度 mme 10 ，喷油泵出油压力 15MPa，凸轮角速度 115.19rad/s 开启压力 M P aM P aPDF 6.102.05)2( 21221 4-1 最大压力 M P aM P aPDF 5.1177155)2( 2222 4-2 初拟：初始压力 10MPa,最大压力 30MPa 4.1、选择材料和许用应力 属于 弹簧，材料选用 50CrVA，由 机械设计手册 表 0.2-4 查得 p=441MPa 4.2 求弹簧钢丝直径 d 按式 30.2-6 得 3.577308104418222232 DFkcA p 4-3 查图 30.2-4 得， 2.8c ， mmcDd 2.12.8102 4-4 4.3 求有效因素 按式（ 30.2-5）得， 0.210201212 ff FFfFk 4-5 按式（ 30.2-5）得， 1.10100.282.1105.788 343324 kDGdn 4-6 取 n=11 4.4 计算总圈数 n1=n+2=11+2=13 设计 (说明书 ) 9 工作载荷下变形量 0.50.21011 fFf 4-7 0.150.23022 fFf 4-8 压并载荷及变形量，根据弹簧工作应变在全变形 量 20% 80%的条件下，取 f2=0.65fb 则 fb=f2/0.65=15/0.65=23.08 4-9 Fb=F2/0.65=30/0.65=46.15 4-10 其中 f1=(5/15)f2=(0.65/3)fb=0.217fb 4-11 表明 f1、 f2 均满足工作区的条件 压并高度 Hb=(n1-0.5)d=(13-0.5) 1.2=15mm 4-12 自由高度 H0=Hb+fb=15+23.08=38.08mm 4-13 节距 P=(H0-1.5d)/n=2.4mm 4-14 螺旋角 4 3 2 7.40 7 7 5.0ar c t a n104.2ar c t a nar c t a n 2 Dp 4-15 满足 5 7的要求 展开长度 mmnDL 63.4094 3 2 7.4co s 1310co s 12 4-16 4.5 强度验算 疲劳强度安全系数，由（ 20.2-10） 得 7.13.175.0210 pSS （精度计算） 4-17 由表 30.2-11，取 N=107，此时 0=0.3， B=441MPa 当 C=8.2 时， 179.1615.044 14 CCCk 4-18 73.2 9 22.1 0.2101088 32211 d kDF 4-19 26.5 0 82.1 0.2103088 32222 d kDF 4-20 ：柴油机柱塞式高压喷油泵设计 10 3.13025.126.508 73.29475.0441 pss 4-21 静强度安全系数由式 30.2-11 得 7.13.1m a x ps SS 4-22 查机械设计手册第三篇第二章 s=737MPa 则 S=737/5.8.26=1.45 Sp=1.3 满足条件 4.6 共振验算 按式 30.2-14 得 62.328)1010(13102.135635623322 nDdvn 4-23 而 33.182 /19.1 152 sra dv r 4-24 109.17333.18 62.328 rnvv满足条件 4.7 弹簧工作图 4.8 出油阀弹簧参数 （ GB2089-80） d=1.2， D2=10， P=3.87， k=37.7， Dmax=7.6， Dmin=12.4 图 5-1 设计 (说明书 ) 11 5 柱塞弹簧参数的确定 初始条件 中径 D2=28mm，安装高度 H=50mm 初始压力 F1=1N，压缩高度 e=10mm，相应弹簧力 F2=11N，变载角速度 =115.19rad/s 5.1 选择材料和许用应力 属于 类弹簧，材料选用 50CrVA，由表 30.2-4查得 p=441MPa 5.2 求钢丝直径 按 30.2-6式得， 03.12343118284418222232 DFkcA p 5-1 查图 30.2-4得， C=10， mmcDd 8.210282 5-2 5.3 求有效因素 按式 30.2-5得 0.110101212 ff FFfFk 5-3 按式 30.2-5得 475.27280.188.2105.788 343324 kDGdn 5-4 n取 10， n1=n+2=29 5.4 柱塞弹簧参数 查机械设计手册表 30.2-8（ GB2089-80） d=3.0， D2=28， p=11.2， k=36.2， Dmax=22， Dmin=34 ：柴油机柱塞式高压喷油泵设计 12 6 轴承相关参数的确定 6.1 轴承销轴参数确定 6.1.1 轴承销轴受力分析 选材 45 钢，则 b-1=55。此轴承销轴没有轴向运动趋势，几乎不承受轴向力。 =0 N 它承受由轴承传递的来自凸轮的交变载荷，柱塞给它传递一个向下液压脉冲， 取 =0.6， 相应力 NM P ammpdF 1 5 7 0205.78)2( 22m a x 柱塞 6-1 估算相应力臂为 4mm， 则弯矩 M= mmN 41570 6.1.2 销轴校核 MTMM ca 2)( 6-2 mmMdbca 4.101.031 6-3 所以销轴直径取 d=10mm 6.2 柱塞轴承参数确定 6.2.1 轴承受力分析 此轴承没有轴向运动趋势，几乎不承受轴向力，因此选择深沟球轴承或普通滚子轴承即可。而由上得知，销轴直径为 10mm，但是滚子轴